Aplikasi Teknologi Kimpalan Laser Dalam Kimpalan Aloi Aluminium

Penggunaan aloi aluminium untuk menggantikan keluli tradisional pada kereta adalah salah satu cara penting untuk merealisasikan ringan kereta. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh ciri-ciri aloi aluminium dengan kekonduksian terma yang baik dan pekali pengembangan linear yang besar, terdapat beberapa masalah dalam kimpalan:

1) aloi aluminium melembutkan sendi dikimpal dengan serius, pekali kekuatan rendah;

2) Aloi aluminium mudah teroksida untuk menghasilkan filem oksida refraktori (Al2O3, takat lebur ialah 2060 darjah), yang perlu menggunakan proses kimpalan ketumpatan kuasa tinggi;

3) Mudah menghasilkan liang;

4) Pekali pengembangan linear adalah besar, mudah untuk menghasilkan ubah bentuk kimpalan dan retak kimpalan;

5) Kekonduksian haba dan kapasiti haba tentu adalah besar, dan input haba adalah 2 hingga 4 kali lebih besar daripada keluli yang dikimpal.

Oleh itu, untuk mendapatkan sambungan kimpalan aloi aluminium berprestasi tinggi, ketumpatan tenaga tinggi, input haba kimpalan rendah dan kelajuan kimpalan tinggi diperlukan, antaranya kimpalan laser adalah salah satu teknologi kimpalan aloi aluminium yang paling menjanjikan.

Kimpalan laser ialah kaedah kimpalan yang cekap dan tepat menggunakan pancaran laser ketumpatan tenaga tinggi sebagai sumber haba, yang mempunyai ciri-ciri kelajuan pantas, penembusan besar, ubah bentuk kecil, fleksibiliti pemprosesan yang baik dan automasi mudah apabila digunakan pada kimpalan aloi aluminium. Ia telah digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, pembuatan kereta dan elektronik industri ringan dan bidang lain, tetapi ia digunakan dalam kimpalan laser aloi aluminium. Terdapat juga beberapa masalah dan kesukaran.

1.1 Aloi aluminium mempunyai kadar penyerapan laser yang sangat rendah

Aloi aluminium mempunyai kesan reflektif yang kuat pada laser, yang disebabkan oleh ketumpatan tinggi elektron bebas dalam keadaan pepejal aloi aluminium, yang mudah untuk mencerminkan tenaga dengan foton dalam rasuk. Kajian menunjukkan bahawa pemantulan aloi aluminium kepada gas CO2 laser adalah setinggi 90%, dan pemantulan laser pepejal adalah hampir 80%. Pada masa yang sama, aloi aluminium mempunyai kekonduksian haba yang kuat, menghasilkan kadar penyerapan laser aloi aluminium yang sangat rendah. Oleh itu, langkah-langkah yang sesuai mesti diambil untuk meningkatkan kadar penyerapan laser aloi aluminium.

Langkah pengoptimuman:

1) Dengan meningkatkan ketumpatan kuasa laser untuk meningkatkan penyerapan laser aloi aluminium. Peningkatan ketumpatan kuasa laser akan menyebabkan kesan lubang kecil di kolam kimpalan, yang boleh meningkatkan kadar penyerapan bahan ke laser.

2) Mengamalkan proses prarawatan permukaan yang sesuai. Penggilapan elektrolitik, anodisasi dan letupan pasir digunakan untuk membandingkan penyerapan laser aloi aluminium. Didapati bahawa anodisasi dan letupan pasir pada permukaan aloi aluminium boleh meningkatkan penyerapan laser dengan ketara.

3) Juga didapati bahawa bentuk sendi akan menjejaskan penyerapan laser. Serong berbentuk V dan serong persegi lebih kondusif untuk pembentukan lubang kunci daripada sambungan bukan serong, dan ketumpatan kuasa laser meningkat dan kadar penyerapan laser aloi aluminium juga meningkat.

1.2 Mudah membentuk liang roma

Pori adalah kecacatan yang paling biasa dan paling penting dalam kimpalan laser aloi aluminium. Jenis pori boleh dibahagikan kepada dua kategori. Salah satunya ialah disebabkan kemerosotan mendadak dalam keterlarutan hidrogen dalam proses penyejukan laser kimpalan aloi aluminium, kandungan hidrogen aloi aluminium cair boleh mencapai {{0}}.69mL/100g, kandungan hidrogen aloi aluminium selepas penyejukan dan pemejalan ialah 0.036mL/100g, dan hidrogen supertepu memendakan untuk membentuk liang hidrogen. Di samping itu, terdapat filem oksida pada permukaan aloi aluminium, dan air dalam air kristal, udara dan gas pelindung pada permukaan aloi aluminium secara langsung terurai menjadi hidrogen semasa kimpalan. Liang-liang hidrogen ini sudah terlambat untuk terlepas semasa proses penyejukan pantas kimpalan laser aloi aluminium, dan kekal dalam kimpalan untuk membentuk liang hidrogen. Yang lain adalah disebabkan oleh ketidakstabilan lubang kunci yang dihasilkan dalam proses kimpalan laser dan runtuh, dan logam cecair tidak mempunyai masa untuk mengisi lubang. Keliangan yang berlebihan akan mengurangkan ketumpatan kimpalan, mengurangkan kapasiti galas sendi, dan mengurangkan kekuatan dan keplastikan sambungan kepada tahap yang berbeza-beza. Terdapat banyak langkah untuk mengurangkan kecacatan keliangan dalam kimpalan laser aloi aluminium, seperti menukar trek berjalan pancaran laser, menggunakan ayunan rasuk untuk mengacau kolam lebur, meningkatkan kemungkinan pelepasan keliangan dari permukaan, menggunakan wayar atau aloi serbuk, dan menggunakan teknologi dua titik dan kimpalan komposit laser boleh mencapai kesan mengurangkan keliangan, tetapi sukar untuk menghapuskan secara asasnya.

1.3 Kecenderungan retak panas

Sebab retak panas dalam kimpalan laser aloi aluminium terutamanya berkaitan dengan ciri-cirinya sendiri dan proses kimpalan. Semasa pemejalan aloi aluminium, kadar pengecutan adalah besar (sehingga 5%), tegasan kimpalan dan ubah bentuk adalah besar, dan logam kimpalan akan menghasilkan struktur eutektik takat lebur yang rendah di sepanjang sempadan butiran semasa penghabluran, supaya sempadan butiran daya ikatan menjadi lemah, dan retakan panas terbentuk di bawah tindakan tegasan tegangan. Kecenderungan retak panas boleh dikurangkan dengan mengisi serbuk dawai atau aloi, dan kecenderungan retak panas juga boleh dikurangkan dengan melaraskan parameter proses kimpalan untuk mengawal kelajuan pemanasan dan penyejukan.

1.4 Melembutkan struktur kimpalan dan zon terjejas haba

"Melembutkan" adalah fenomena pengurangan kekuatan dan kekerasan sambungan yang dikimpal. Apabila sambungan aloi aluminium kimpalan laser digunakan, struktur kimpalan dan zon terjejas haba bagi sambungan yang dikimpal juga mempunyai masalah kelembutan. Sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa fenomena pelembutan kimpalan aloi aluminium sukar untuk dihapuskan secara asasnya, tetapi berbanding dengan kimpalan terlindung gas, kimpalan laser mengurangkan input haba dan menjadikan zon pelembutan kimpalan lebih sempit. Berbanding dengan kimpalan MIG, tahap "melembutkan" sambungan aloi aluminium yang dikimpal laser adalah lebih rendah, dan kekuatan tegangan meningkat dengan peningkatan kelajuan kimpalan. Pengaruh plasma terhadap proses kimpalan Tenaga pengionan unsur aluminium adalah rendah, kimpalan laser lebih mudah untuk membentuk plasma logam, plasma disebabkan oleh pembiasan dan pesongan laser, dengan itu mengubah fokus pancaran laser, supaya nisbah penembusan kimpalan berkurangan, menjejaskan kualiti sambungan kimpalan. Dengan pratetap serbuk pada permukaan bahan kerja, pengembangan dan denyutan plasma dalam arah ketinggian menjadi lemah, supaya plasma dapat mengekalkan amplitud denyutan yang agak stabil pada permukaan bahan kerja.

2.1 Kimpalan gabungan sendiri laser aloi aluminium

Kimpalan gabungan sendiri laser merujuk kepada pancaran laser ketumpatan tenaga tinggi sebagai sumber haba, memberi kesan pada permukaan bahan asas, supaya bahan asas itu sendiri cair, membentuk kaedah kimpalan sendi kimpalan. Untuk kimpalan laser aloi aluminium, permukaan aloi aluminium mempunyai pemantulan tinggi kepada laser, dan kuasa laser yang besar diperlukan semasa mengimpal. Diameter bintik laser adalah kecil, ketepatan peralatan kimpalan adalah tinggi, dan nilai toleransi bagi jurang bahagian adalah rendah, dan nilai jurang bahagian biasanya diperlukan di bawah 0. 2mm. Semasa proses kimpalan, kelajuan pemanasan dan penyejukan adalah pantas, kecacatan keliangan kimpalan adalah banyak, ketumpatan tenaga laser tertumpu, dan kesan lubang kunci mudah menyebabkan fenomena kimpalan cekung dan menggigit tepi, jadi parameter proses kimpalan mempunyai keperluan yang lebih tinggi. Kimpalan gabungan sendiri laser dalam kimpalan aloi aluminium mencerminkan kelebihan kualiti kimpalan yang baik, kelajuan kimpalan yang cepat dan automasi yang mudah, dan digunakan secara meluas dalam industri automotif. Dalam industri kenderaan elektrik, pengedap shell bateri kuasa terutamanya diperbuat daripada kimpalan gabungan laser aloi aluminium. Dalam badan aluminium syarikat kereta tenaga baharu domestik, kimpalan pemasangan pintu dan struktur dinding sisi juga diperbuat daripada kimpalan gabungan laser aloi aluminium.

2.2 Kimpalan pengisian wayar laser aloi aluminium

Dalam kimpalan pengisian wayar laser, laser masih digunakan sebagai sumber haba utama untuk mencairkan logam yang dikimpal, tetapi peranti suapan wayar automatik digunakan untuk terus memasukkan logam pengisian ke dalam kolam cair untuk mencapai proses sambungan metalurgi. Berbanding dengan kimpalan gabungan kendiri laser, kimpalan pengisian wayar laser melonggarkan keperluan ketepatan jurang proses kimpalan, dengan mengisi komponen dawai kimpalan yang berbeza, meningkatkan sifat metalurgi kimpalan, mencegah retakan panas dan liang kimpalan, memperbaiki kestabilan proses kimpalan dan sifat mekanikal sendi.

Kimpalan dawai laser aloi aluminium mempunyai ciri-ciri kualiti penampilan yang baik, ketepatan jurang proses lebih longgar daripada kimpalan gabungan diri laser, dan lain-lain. Ia biasanya digunakan di permukaan luar badan, seperti antara penutup atas dan dinding sisi , dan antara plat atas dan bawah penutup beg pakaian. Terdapat juga beberapa model untuk mendapatkan kualiti kimpalan yang lebih tinggi dan menggunakan kimpalan wayar laser untuk mengimpal pintu aloi aluminium.

2.3 Kimpalan komposit arka laser aloi aluminium

Kimpalan komposit laser-arka ialah gabungan laser dan arka dua jenis sumber haba dengan sifat fizikal yang berbeza dan mekanisme penghantaran tenaga, dan berfungsi bersama pada bahagian yang dikimpal. Ia Kedua-duanya memberikan permainan penuh kepada kelebihan dua sumber haba, dan menebus kekurangan masing-masing. Dalam kimpalan komposit laser-arka aloi aluminium, arka boleh membimbing sumber haba laser, meningkatkan kapasiti penyerapan aloi aluminium dan kadar penggunaan tenaga dalam proses kimpalan, dan kebolehbentukan permukaan kimpalan adalah lebih baik daripada kimpalan. kimpalan gabungan diri laser. Di samping itu, pengenalan arka boleh mengurangkan ketepatan penjepit bahagian kimpalan, dan arka mempunyai kesan pencairan pada plasma kimpalan laser, yang boleh mengurangkan kesan perisai plasma pada laser. Laser memainkan peranan penting dalam kestabilan arka, supaya arka boleh bertindak secara stabil pada sendi semasa kimpalan berkelajuan tinggi, yang boleh meningkatkan kualiti kimpalan sendi dan meningkatkan kelajuan kimpalan.

Terdapat banyak kelebihan dalam aplikasi kimpalan laser dalam industri automotif:

1) Kelajuan kimpalannya adalah pantas, meningkatkan irama pengeluaran, dan kelajuan kimpalan boleh mencapai 6m/min, yang mempunyai kelebihan yang tiada tandingan berbanding kaedah sambungan badan yang lain dalam warna putih (seperti kimpalan titik, kimpalan arka, riveting);

2) Ia mempunyai kekangan kecil pada struktur badan, boleh digunakan untuk struktur kimpalan yang berbeza (lap, sudut, T-sendi, punggung), dan kimpalan satu sisi, di mana rasuk boleh dicapai, reka bentuk lebih fleksibel;

3) Keperluan sisi kimpalan lasernya adalah rendah, bahagian kimpalan boleh dikimpal dalam 6 ~ 8mm, berbanding dengan keperluan sisi kimpalan tempat (16mm) dikurangkan separuh, boleh memainkan peranan dalam ringan;

4) Struktur kimpalan laser bumbung dan penutup belakang boleh mengurangkan kualiti badan, dan tidak perlu menggunakan sealant dan tiada plat trim luaran, menjimatkan kos badan;

5) Sambungan kimpalan kimpalan laser licin dan kemas, penampilan yang baik, dsb.

Disebabkan oleh banyak kelebihan kimpalan laser, ia telah diberi perhatian secara meluas dalam industri automotif dan telah digemari oleh banyak syarikat automotif. Ia digunakan dalam bahagian yang berbeza dalam model Eropah (seperti Volkswagen, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Peugeot, dll.) dan model Amerika (seperti Buick, Ford, Cadillac, Chevrolet, dll.) (bumbung, pemasangan pintu, panel luar penutup batang, bahagian struktur sisi dan kimpalan tangki aliran, dsb.), dan sebagai salah satu simbol badan berkualiti tinggi berwarna putih.

Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kos pelaburan sekali yang tinggi, ketepatan kepingan logam dan keperluan ketepatan perkakas, ia tidak digunakan secara meluas di kalangan syarikat kereta jenama domestik.

Pada masa ini, kimpalan laser aloi aluminium telah digunakan dalam pengeluaran besar-besaran dalam badan aloi aluminium. Audi TT, A6/A8 dan CT6 unggulan Cadillac dikimpal dengan kimpalan laser aloi aluminium pada penutup atas dan dinding sisi. Cadillac CT6, Audi A6/A8/Q5, BMW 5 series /7 series, Mercedes-Benz S series /C series dan model lain plat penutup batang menggunakan kimpalan laser aloi aluminium. Pintu Audi A6/A8, Mercedes-Benz S/C Series, BMW 5/7 series, dsb., mengguna pakai kimpalan laser aloi aluminium. Nio juga menggunakan sejumlah besar kimpalan laser aloi aluminium pada penutup dan dinding sisi serta pintu.

Dengan kemajuan berterusan teknologi automotif, kapasiti pemprosesan industri dan kualiti pemprosesan, kos menggunakan kimpalan laser akan dikurangkan dengan banyak. Pada masa yang sama, dengan pembangunan ringan automotif, penggunaan aloi aluminium dalam badan kereta semakin meningkat, kimpalan laser sebagai salah satu kaedah sambungan penting untuk menyelesaikan masalah kualiti kimpalan aloi aluminium, akan digunakan secara lebih meluas dalam industri automotif.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ialah syarikat berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D, pembuatan dan penjualan mesin pelapisan laser automatik, mesin pelapisan laser berkelajuan tinggi, mesin pengerasan laser, peralatan kimpalan laser dan peralatan percetakan 3D.

Jika anda berminat dengan produk kami, sila hubungi kami di bob@gshenglaser.com.